解耦多同步参考坐标系电网电压同步信号检测方法

在新能源发电并网中,并网变换器需根据电网运行状态实施相应的控制以保证其安全可靠运行。需要对电网电压的频率和相位实现快速准确的检测,同时还需要为变流器的并网运行提取出正负序分量。本文针对解耦双同步参考坐标系锁相环在谐波情况下频率检测结果和同步效果差的问题,提出了一种解耦多同步参考坐标系电网电压同步信号检测方法。该方法通过正负序dq轴系以及低次谐波的dq轴系分解,实现了多轴系dq分量的解耦,可以在电网电压不对称和含有谐波分量的情况下,快速提取出电网电压的频率和相位信息,同时还可得到正负序分量的dq轴变换结果。实验结果表明提出的方法在电网电压不对称、频率变化和含有多次谐波情况下均具有很好的同步效果。     

非理想电网下基于双d-q变换的锁相环设计

针对传统的单同步坐标锁相环(SSRF-SPLL)在非理想电网条件下存在检测相位和幅值不准确的问题,此处提出多陷波器级联的双同步坐标系解耦软件锁相环(DDSRF-SPLL),通过多个陷波器级联环节滤除电网背景谐波,通过双同步坐标系解耦滤波环节提取电网正负序分量。该方案可以快速准确地输出电网电压的相位、频率和正负序分量。仿真和实验结果验证了所提锁相环(PLL)在电压理想工况、不平衡工况、基波非工频工况和电压有背景谐波工况的有效性。     

基于Hilbert变换和预设旋转频率的无锁相环电网同步基准正弦信号检测方法

新能源发电并网过程中,电网同步基准正弦信号检测是并网关键之一,特别是在电网不平衡、畸变、频率波动和频率偏移等复杂工况下,对电网同步基准正弦准确检测造成较大干扰。为此提出一种基于Hilbert变换和预设旋转频率的无锁相环电网同步基准正弦信号检测方法。该方法通过预设同步旋转频率进行特定次频率分量正、负转换,然后运用Hilbert变换的幅相特性和一定的运算消除正序谐波分量、基波负序分量和负序谐波分量。所提方法能在复杂的工况下准确提取电网同步基准正弦信号,理论和实验验证了该方法的有效性和可行性。     

基于改进型DSOGI-PLL的电网电压同步信号检测

基于双二阶广义积分器的锁相环(dual second-order generalized integrator PLL,DSOGI-PLL)通过二阶广义积分器产生正交信号和滤除谐波,可实现在电网电压不对称和畸变情况下同步信号的提取。但当电网电压含有多次谐波时,基本二阶广义积分器的滤波效果不理想,锁相环提取的同步信号出现波动。文中通过构建谐波消除模块,在DSOGI-PLL的基础上,提出一种改进的锁相环结构。该锁相环在计算分离正负序电压之前先利用谐波消除模块消除电网电压中的各次谐波,从而消除谐波对锁相环的影响,准确地提取电网电压同步信号。MATLAB仿真和实验结果均表明,这种锁相环在电网电压不对称和含有多次谐波时能有效地提取基波的正负序分量、频率和相位。     

电网谐波和不平衡对锁相环影响及改进策略

新能源并网发电系统中,准确获取电网同步信息是进行有效并网控制的基础,故提出了一种基于对称分量法的单同步坐标系改进型锁相策略。该策略利用改进的全通滤波器(APF)基于对称分量法完成电网电压正、负序分离,能够快速适应电网频率波动,再通过基于二阶广义积分器(SOGI)的自适应滤波器在采样信号相位不发生偏移时,快速稳定地抑制电网谐波,从而准确地获取电网电压的同步信息。在电网谐波和不平衡的条件下,所提锁相环(PLL)策略能够快速准确地锁定电网信息,且具有检测精度高、对电网波动适应性强等优点。     

二阶广义积分锁相环在三电平SVG中的应用

针对NPC三电平静止无功发生器(SVG)的运行特性,设计了基于二阶广义积分器的锁相环(DSOGIPLL)的并网控制模型。利用二阶广义积分器(SOGI)对不平衡条件下电网电压进行正负序分离,结合二阶广义积分器频率自适应特征与同步坐标系锁相环(SRF-PLL)特征,完成了不平衡电网条件下的锁相设计。仿真结果表明DSOGI-PLL能在电网不平衡条件下快速、准确地跟踪电网电压的频率和相位,同时具有良好的频率自适应性。最后在以DSP与FPGA为控制器的SVG样机上验证了双二阶广义积分锁相环的可行性。     

适用于电网不平衡时的广义积分器锁相环设计

为准确快速检测出电网电压的幅值、相位和频率,在分析对称分量法及单同步坐标系锁相环基本原理的基础上,提出了广义积分器锁相环的设计方法。这种方法在αβ坐标系下对电网电压进行正、负分序,进而锁定正序电压的相位和频率。并且使用Matlab/Simulink环境分别对单同步坐标系锁相环和基于广义积分器锁相环进行仿真研究,仿真结果表明广义积分器锁相环在电网不平衡时能够准确提取电网信号的幅值、相位和频率,频率自适应性良好且对低次谐波有一定的抑制作用。     

光伏并网逆变器在不平衡电网下的控制策略研究

目前,在平衡电网电压下的光伏并网逆变器的控制已较成熟,而在不平衡电网下,光伏并网逆变器的传统控制策略会引起电压不稳定和有功无功功率的二次脉动.通过建立并网逆变器的数学模型,获得dq坐标系下的并网逆变器的动态方程,分析并网逆变器控制策略的关键是其锁相环能够准确提取电网三相电压相位.传统的三相同步锁相环(SRF-PLL)在电网三相电压不平衡时无法准确提取电压的相位,在举例分析国内外几种获取电压准确相位方法的优缺点的基础上,采取了一种基于解耦双同步参考坐标系下的锁相环(DDSRF-PLL)的控制策略,通过dq旋转轴的坐标系和解耦网络,可准确获取三相不平衡电网的电压相位,并采用旋转dq坐标系分离正负序分量,完成独立控制.最后构建电网三相电压平衡和不平衡工况下的光伏并网逆变器的仿真模型,验证了该控制策略的可行性和有效性.     

直驱型风力发电变流器低压穿越控制策略研究

研究了直驱型风力发电变流器系统低压穿越控制策略。首先提出了一种对三相电量进行快速准确的正负序分离软件锁相环。在此基础上,为消除直流电压的二次谐波,采用正、负序双电流内环控制不对称运行控制策略。正负序分离软件锁相环采用了正负序级联延时信号消除法,能够实现对三相电压电流基波正负序分量在同步旋转坐标下的快速提取,并且通过选择不同的参数,可以滤除任何次数谐波的干扰。该方法无需采用滤波器,从而同时具备了稳态精确性和动态快速性。现场实验结果表明,该软件锁相环为三相并网型风力发电变流器在电网发生跌落及谐波畸变时提供了良好运行控制提供保障,正负序双电流内环不对称运行的控制策略保证了在电网电压不对称跌落时的正负序分离控制,消除了直流电压的二次谐波。     

基于GDSC-PFFC锁相的直驱风机改进控制策略

为保证直驱风机在系统电压不平衡时能正常工作,这里提出一种基于广义延时信号消除器及相位前馈补偿(GDSC-PFFC)的同步锁相环(PLL)控制结构,将系统电压经过GDSC可有效去除谐波对同步锁相的影响,并通过相位前馈环节补偿PLL闭环调节导致的相位滞后问题,在系统存在谐波和不平衡时能快速准确地检测出系统基波相位和频率。在此基础上提出直驱风机在电网电压不平衡时的正负序双电流解耦控制策略,并搭建试验平台,试验结果表明,该锁相算法在电压不平衡或畸变时均能准确快速地提取基波正序电压的幅值、相位和频率,同时改进控制策略能显著提高风机在电网电压不平衡时的适应能力。     

基于SOGI的记忆相位延迟锁相环研究

针对传统锁相环在电网电压不平衡的情况下存在锁相精度低的问题,提出了一种能快速提取电网电压基波分量并精确计算电网电压相位角的锁相环,该锁相环通过二阶广义积分滤除电网电压中的高次谐波,并在两相静止坐标系下,将电压信号的相位角延迟π/4,然后变换到旋转坐标系下,与未延迟的d,q轴电压信号经过加减混合运算提取出正序分量,避免了双二阶广义积分的软件锁相环在正负序电压提取中的直流偏置问题,同时解决了延时信号消除(Delayed Signal Cancellation,DSC)锁相环只能抑制部分谐波的缺陷。仿真试验结果表明,方法在电网不平衡电压、谐波电压和频率波动下仍具有精确的锁相特性。     

一种嵌入重复控制内模的三相锁相环的设计与实现

作为分布式并网发电系统众多关键技术之一的电网同步锁相技术一直是国内外研究的热点。针对现有锁相环算法需要级联无穷个滤波器(或调节器)才能完全抑制电网谐波这一问题,提出了一种嵌入重复控制内模的锁相环方法。利用重复控制内模在电网基波频率及各次谐波频率处产生谐振尖峰这一特性,结合交叉解耦复数滤波器能分离电网基波正负序的特点,设计了一种能够完全消除谐波的正负序分量提取结构,分离出的纯净正序分量经过基本的同步坐标系锁相环能提取出频率、相位等信息。最后通过Matlab/Simulink仿真和相关实验在电网电压畸变、不平衡情况下对所提锁相环方法进行了测试,结果验证了该方法的正确性和有效性。     

多复杂系数滤波器在风电并网变流器中的应用

同步信号对风电三相并网变流器的运行起着非常重要的作用,如何在电网电压畸变、频率波动或不平衡条件下快速、精确地提取出基波正序电压分量是同步信号检测面临的挑战。首先介绍了同步信号检测的滤波技术,当电网电压严重畸变和严重不平衡时,这些技术需要在精确度和动态响应之间进行平衡。然后提出了基于MCCF(多复杂系数滤波器)的同步信号检测技术,在非理想电网电压条件下不仅可以精确、快速地提取出正、负序电压分量,而且实现了对谐波分量的精确估算,从而在有源滤波器选择性补偿方面具有很大的应用潜能。另外,MCCF在锁相环、谐波分量提取、电能质量监测和孤岛检测技术中具有结构简单、灵活性强的特点。最后通过在MATLAB中建模仿真,验证了基于MCCF的同步信号检测技术的有效性。     

两相静止坐标系下消除不对称和谐波影响的同步信号提取方法

三相并网变流器可以在同步旋转坐标系下,也可以在两相静止坐标系下进行控制。无论在哪一种坐标系下进行控制,都需要能够快速准确地提取出电网同步信号。为了满足两相静止坐标系下变流器的控制需求,文中将正弦幅值积分器应用于两相静止坐标系下的同步信号提取。通过对在不对称和含有谐波情况下的输入电压进行矢量描述,提出采用多通道正弦幅值积分器的同步信号检测方法,可以消除负序分量和谐波分量的影响,而且无需进行正负序分离就可以直接得到正序分量和负序分量的幅值和相位信息。文中建立了多通道正弦幅值积分器同步信号提取方法的数学模型,揭示了同步信号提取的机理并讨论了反馈参数的选取原则。通过构造频率自适应算法,克服了电源频率变化对同步信号提取的影响。理论分析和实验结果都表明所提出的同步信号提取方法可以在电源频率变化、不对称以及含有谐波的情况下快速准确出提取出正负序分量的幅值和相位信号。     

基于双dq变换正负序提取及锁相环的FPGA实现

对于并网型电能质量治理设备,如有源电力滤波器(APF),为了实现对电能质量的检测与治理功能,需要对三相电压基波的正负序进行快速准确提取。当电网电压发生不对称、畸变等情况时,能否快速准确获得基波电压的频率和相位信息将会大大影响电能质量治理设备运行性能。文中依据同步旋转坐标变换理论,采用双dq变换方法,通过低通滤波器(LPF)处理,实现对基波电压的正负序提取,在此基础上引入负反馈控制理论实现锁相环功能。依据此理论使用FPGA实现基波电压正负序提取及锁相环功能,经测试表明文中所设计的系统能够在三相电压出现不对称、畸变等情况时,快速准确实现基波电压正负序提取、以及基波频率和相位的锁定,能够满足有源电力滤波器对于电压频率、相位实时检测与设备控制保护的使用需求。     

基于ANF-PLL的电网电压基波正负序分离方法

为了满足并网变流器在电网电压不对称情况下的控制需求,需要快速准确地提取出基波正负序分量的幅值和相位。在电网电压不对称时,负序分量会在同步参考坐标系锁相环(phase locked loop based on synchronization reference frame,SRF-PLL)的 dq 轴分量中产生2倍工频波动,影响基波分量和相位的提取结果。该文通过将自适应陷波器(adaptive notch filter,ANF)加入到同步参考坐标系锁相环的结构中,提出了一种能够实现正负序分量分离的自适应陷波器锁相环(phase locked loop with ANF,ANF-PLL)方法。该方法利用ANF陷波器的2个相互正交的输出量分别抵消电网电压dq轴分量中由于负序分量造成的2倍工频波动,以此消除了电网电压不对称对同步信号检测的影响,并且可以同时提取出基波负序分量的幅值和相位。与其它方法相比,该方法无需进行正负序解耦或瞬时对称分量分离,在单同步参考坐标系下实现了基波正负序分量的分离提取,结构更加简单,减少了计算量。实验结果表明,文中提出的方法能够在电网电压不对称与频率变化的情况下准确提取出基波正负序分量的幅值与相位,并且具有良好的动态性能。     

基于αβ分量滤波直接解耦风电并网锁相环设计

准确锁定电网电压的频率和相位是风力发电友好并网的重要前提之一。在此领域创新性地引进基于αβ分量滤波的直接解耦三相锁相环技术。首先利用正交信号发生器(QSG)对正序和负序分量进行正交变换和滤除谐波。其次,通过直接解耦法对电压分量(Vα和Vβ)基波正负序分量进行解耦并经过低通滤波器再次滤波,进而得到所需的三相电压正序基波分量。最后,根据设计的理论结果,利用仿真软件分情况对电网故障进行技术应用效果仿真,并与当前正在应用的风电并网系统中的基于双同步解耦坐标变换的锁相环技术进行性能对比。结果表明,基于αβ分量滤波的直接解耦三相锁相环有更好的频率与相位跟踪特性,更有利于风力发电系统电网侧变流器同步并网。     

复杂电网工况下基于CDSOGI-SPLL的电网电压同步方法

传统锁相环技术在三相电网电压含有直流分量、发生不对称故障以及严重畸变条件下,其检测精度受到直流分量、负序分量及谐波分量的干扰,将不能准确跟踪电网电压频率和相位。针对这一问题,提出一种将相序解耦谐振(SDR)控制器和改进的级联双二阶广义积分器软件锁相环(CDSOGI-SPLL)相结合的锁相方法。该方法首先利用SDR控制器将正负序分量进行分离,然后引入改进的级联双二阶广义积分器(CDSOGI)对正负序分量进行二次分离和谐波抑制,并消除直流分量对CDSOGI输出正交信号的影响。仿真和实验结果表明,在三相电网电压含有直流分量、不平衡和严重畸变情况下,所述方法可以实现电网电压同步信息的准确采集。     

电网故障下风力发电系统网侧电压同步信号检测

风力发电系统网侧变换器的并网性能依赖于高性能的同步检测系统,尤其是在电网电压故障情况下快速而准确地提取同步信号。在双同步参考坐标系下提出一种基于二阶广义积分器(SOGI)的新型锁相环,消除了dq变换中电网电压不平衡和低次谐波产生的2倍频和谐波变换交流分量带来的影响,实现了对基波电压同步信号的检测。MATLAB仿真和试验结果表明:该方法能快速有效地实现对基波电压正、负序分量以及电压频率、相位的提取。     

电网电压不平衡和谐波畸变下新型并网锁相环设计

针对日益增加的分布式能源并网,旨在设计一种新型的锁相环(PLL),以克服主流PLL在电网电压不平衡和谐波畸变下难以精确地锁定电压频率和相位的不足。由于电压不平衡静止坐标系下电压正负序交流分量存在耦合关系,采用交叉解耦双复系数滤波器(DCCF)结构提取和分离电压正负序分量。利用多变量滤波器(MVF)对输入电压基波正序分量幅值无衰减、零相移特性,将MVF结构引入交叉解耦DCCF结构中,设计一种新型的PLL结构,以增强在高谐波畸变下的滤波能力。最后进行Matlab/Simulink仿真,证明所提出的PLL在电压不平衡、电压频率阶跃和相角跳变下能够快速精确地锁定频率和相位,且比双复系数滤波器锁相环(DCCF-PLL)具有更好的滤波能力。